台山电厂5号机组风烟控制系统参数分析及优化

郑天华

（神华广东国华粤电台山发电有限公司，广东 江门529228）

0 引言

火力发电厂中的锅炉炉膛负压控制直接反映了炉膛的燃烧情况，是运行过程中要控制和监视的重要参数之一。当炉内燃烧工况发生变化或者锅炉的燃烧系统发生故障时，最先在炉膛负压上反映出来。炉膛负压过大时，漏风量增大，风机电耗、不完全燃烧损失、排烟热损失均增大；炉膛负压过小甚至变为正压时，会进一步恶化燃烧甚至危及人身及设备安全。因此，监视和控制炉膛负压对于控制炉内燃烧、分析运行工况、避免事故的发生均有极其重要的意义。

1 风烟系统控制策略

台山电厂炉膛负压控制主要通过引风机的控制逻辑实现，通过炉膛压力与设定值偏差按PI调节规律调节引风机动叶开度，从而保持炉膛负压。设定值代表要求保持的炉膛压力，被调量为炉膛压力。为提高测量可靠性，炉膛负压信号采用三取二加取平均，然后经过一阶惯性和死区限制处理消除信号中的噪音波动，二者之差即为调节偏差。同时进风量也是引起炉膛压力变化的一个主要因素，回路中引入2台送风机动叶反馈平均值函数作为引风机PID调节的前馈量，使炉膛压力变化尽可能减小。

由于台山电厂5号机采用的是鼓泡塔脱硫系统，吸收塔阻力较大，所以引入了增压风机来加大脱硫系统的入口压力。因此增压风机的出力就成了控制炉膛负压的另一个因素。增压风机实际上是二次引风机，主要是根据机组引风机调节控制的，将2台引风机静叶反馈均值作为风机动叶控制的前馈，而增压风机动叶的PID调节是根据旁路差压调节的，所以增压风机动叶的控制指令量＝引风机静叶反馈前馈量＋入口烟气压力PID输出量。图1给出了简略的增压风机动叶控制示意图。

图1 增压风机动叶控制示意图

自台山电厂完成5号机组脱硫取消旁路改造工作后，在风烟系统联调中，专门针对引风机自动调节PID中增加变比例和变积分，其目的是使炉膛负压调节更加完善和可靠，能满足各种工况的自动调节。具体变比例和变积分部分参数如下：KP＝f主蒸汽流量×f偏差×0.4，Tn＝F主蒸汽流量×F偏差×50。其中，KP为引风机静叶PID的比例部分，Tn为引风机静叶PID的积分部分，f主蒸汽流量、F主蒸汽流量为主蒸汽流量函数，f偏差、F偏差为引风机静叶指令、反馈偏差的函数，2台引风机静叶PID共用这套逻辑。

2 5号炉负压波动事件

2014年8月21日08：28，5号机组负荷由450MW降至390MW过程中，炉膛负压出现振荡型波动。负压在－427～177Pa之前周期性波动，增压风机入口压力与炉膛负压波动曲线趋势相同，最高236Pa，最低－426Pa。引风机A静叶开度在39.1%～41.3%之间周期性调节动作，引风机B静叶开度固定于43.3%，增压风机动叶开度在52%～54.7%之间周期性调节动作，引风机A电流在215.7～240.6A之间波动，与静叶开度动作相匹配，引风机B电流一直保持在247.8A。

3 系统参数优化

通过对8月21日5号机炉膛负压频繁波动事件的初步分析，认为引风机调节整体框架不存在错误，但调节品质有待提高。通过分析可以认定引风机静叶PID控制器参数调节过强导致了炉膛负压波动时静叶调节深度过大，从而导致负压过调而引起了调节器振荡。

经充分研究分析，对PID参数作了如下修改：（1）将比例系数中KP由0.4改为0.32；（2）将积分系数中Tn由50改为60。通过减小比例（20%）及增加积分时间（20%）方法来减缓引风机静叶调节，减小了因调节器过调造成的振荡，有利于机组炉膛负压稳定。同时为了在炉膛负压小偏差内能及时调节，对5号机组引风机静叶偏差部分的比例进行适当修改，将小偏差内的比例系数适当加大，这就满足了引风机静叶对炉膛负压调节响应的快速性。具体函数修改如表1、表2所示。

表1 原比例部分偏差函数

表2 修改后比例部分偏差函数

在对5号机组引风机静叶自动PID比例及积分修改后，机组变负荷时，炉膛负压最低跌至－475Pa，从整体观察来看，炉膛负压自动调节大部分已能满足现场运行调节。但在机组快速降负荷时，仍存在工况变化剧烈而引风机调节稍慢的情况，炉膛负压在1min内由－26Pa降至－453Pa，且前端降至－194Pa明显相对较缓，而从－194Pa降至－453Pa明显速度加快，应属机组在降负荷时减风减煤造成，而此段时间2台引风机静叶及增压风机动叶均未发生变化，纯属炉膛工况引起，引风机静叶自动调节也属正常。且在此期间，引风机静叶控制明显可以在一次负压扰动的情况下准确动作，未再出现调节振荡发散现象。而此时炉膛负压的调节品质仍未达到理想水平。

通过对增压风机动叶调节PID深入分析得出，增压风机在前馈函数设置上不合理，在引风机静叶开度为35%～40%时明显速率过快，从而导致增压风机在该区域调节时过强。也就是说，在炉膛负压出现工况变化时，引风机静叶自动调节的同时，增压风机同样也因受到前馈作用而进行调节，且该区间调节强度较大，进一步加深了调节振荡。因此对增压风机动叶PID前馈做了如下修改，如表3、表4所示。

表3 原增压风机前馈函数

表4 调整后的增压风机前馈函数

通过增压风机与引风机联调优化，目前5号机组炉膛负压有了很大改善。从曲线观察，在机组升降负荷过程中，炉膛负压在－180～＋80Pa之间波动（设定值为－100Pa），同时在负压出现波动时自动调节能迅速调整回正常值，持续周期性波动也消失了。通过优化，炉膛负压抗燃烧带来的干扰能力得到进一步提升。具体优化后曲线如图2所示。

图2 炉膛负压控制曲线

4 结语

综上所述，台山电厂5号机组在350～450MW负荷段，对应的2台引风机静叶在该负荷段（35%～40%）时过于敏感，2%的小开度就能引起引风机电流高达25A的波动，并存在风机间抢风现象，非常不利于自动调节。但通过此次对5号炉风烟系统参数的优化，可适当减弱这种特性对机组燃烧稳定性的影响。从本次参数优化过程可以看出，通过对系统参数的修正，大大提升了台山电厂5号机组的炉膛负压控制能力，完全满足目前机组控制的要求。